可液化场地桥梁桩基静力及动力学分析

发布时间：2020-08-21 01:42

【摘要】：震害调查结果表明,地震作用下可液化场地地基液化引起的地面大变形是引起桩基破坏的主要原因。考虑到强震下可液化场地往往在极短时间内发生液化,桩身处于土体侧移与地震动共同作用下发生破坏。因此,本文以强震下可液化场地中桥梁桩基的内力分布规律为研究目标,以已液化场地中桥梁桩基的内力分布为研究对象,分别对桩-土体系在土体侧移与地震动两种荷载输入下的受力进行考察,并对比内力分布的异同,对桩身设计提出建议。具体研究内容及方法如下:首先,对桩-土结构加载土体侧向位移的模拟。分别针对上覆层厚度、液化层厚度、土体侧移量、桩顶荷载四个因素进行模拟。其次,仍旧取上述三层土体模型中桩身受力为研究对象进行动力模拟研究。分别加载六个不同强度的地震波,绘制内力包络图。并把地震动输入下桩身的地震动响应与桩身的静力土体侧移作用下的桩身内力分布进行对比,尝试得出桩身在两种情况下的应力分布规律。最后,对上述动力加载模型中桩身施加加固措施,通过比较用于加固桩身的套箍作用效果与原型模拟的内力,得出在地震动输入作用下套箍加固对桩身的保护程度进行评价。通过以上研究工作得出结论如下:(1)液化层厚度、土体侧移量、上覆非液化层厚度皆对桩基受力有显著影响。桩顶竖向荷载对桩身的内力影响不显著,但会影响桩身的下沉,有待后续进一步探索。(2)桩身轴力、剪力、弯矩的最大值都随着地震动强度的增加而增长。对比来看,地震动输入下的桩身内力分布和侧移输入下桩身内力分布有很大差别。尤其是最大值出现的位置很不相同。(3)套箍很好的保护了桩基,使得桩身受力大大减小。此外,桩身的应力分布并未随着套箍的施加发生明显的变化。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.15
【图文】：

桩基,无粘性土,砂土液化,循环加载

“液化”(Liquefaction)概念[1]最早由 Casagrande[2]提出，表示饱和无粘性土体在不排水单调循环加载作用下，产生土体变形的一种现象。Terzaghi 等[3]将“液化”定义为由于土体中超孔隙水压力的增长，散粒状材料从固体状态到液体状态的转变过程。简单地讲，液化是由于循环加载作用使饱和无粘性土体产生超孔隙水压、抗剪强度丧失的现象。随着土体液化程度加深常伴随地基土体的侧移的发生。针对这一现象，Varnes[4]提出“液化侧向扩展”(Liquefaction-Induced Lateral Spreading)概念，即由于底层土体的液化和塑性流动使得上层土体发生拉裂破坏，最终使上层土体发生沉降、移动、旋转、分解和流动的过程。震害调查表明，砂土液化会给处于砂土场地中的桩基及建筑物造成极大危害。砂土液化的发生常伴随着地面下沉、地表塌陷、地基承载力丧失、地面流滑、涌砂等现象，从而使得处于其中的建筑发生毁坏，造成生命财产损失。典型的震害如 1995年的日本神户地震[5]中，分别出现：桩基下沉、引桥破坏、桩顶剪切破坏、桩基与承台链接失效等震害，如图 1-1 到图 1-4 所示。

引桥,桩基,无粘性土,砂土液化

剪切破坏,桩顶

图 1-3 日本神户地震、桩顶剪切破坏图 1-4 日本神户地震中桩基与承台连接失效2008 年汶川地震[6]中发生大量的桥梁损毁，据统计有 6140 座桥梁在地震及随后余震中被毁，这其中为数不少是由于地基液化导致桥梁桩基损坏造成的。如映秀镇郫县等地区都出现了饱和砂土液化现象，具体表现为地表裂缝、喷水冒砂、土体侧移、地面沉降等现象，如图 1-5、图 1-6 所示[5]。图 1-5 龙尾大桥图 1-6 小鱼洞大桥又如 2016 年 2 月 26 日，台湾高雄市美农区 6.7 级地震[7]导致砂土液化引起的桩

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